城市軌道交通牽引計算曲線與信號控制列車運行曲線差異分析
——以長沙地鐵5 號線一期工程為例

2021-12-31 07:31:42王超宇

工程建設與設計 2021年20期

王超宇

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州510010）

1 長沙地鐵5 號線一期線路概況

長沙地鐵5 號線工程是解決城市東部南北向客流需求，銜接望城高星組團、城市主中心、高鐵片區(qū)和黃榔副中心為主中心的對外輻射線路。

本線呈南北走向，主要沿萬家麗路行進，線路全長35 km，共設26 座車站。其中，一期工程線路全長22.5 km，設車站18座，均為地下車站，其中，換乘站7 座，平均站間距1.28 km。本工程采用最高運行速度為80 km/h 的6 輛編組B 型車，其中，動拖比為4∶2。

2 長沙地鐵5 號線牽引計算仿真模擬

2.1 牽引計算仿真原則

1）列車在正線區(qū)間最大運行限制速度按80 km/h 計算，ATO（列車自動駕駛系統(tǒng)）運行時列車最高運行速度為75 km/h。

2）列車在正線區(qū)間曲線上的最大運行限制速度按照GB 50157—2013《地鐵設計規(guī)范》中有關線路曲線限速要求。

3）全線采用自動駕駛，列車在系統(tǒng)內的運行、折返以及出入段均以ATO 駕駛方式運行[1]。

2.2 牽引計算基本參數

1）采用6 輛編組B 型車，列車最高運行速度為80 km/h；

2）列車起動加速度（0→35 km/h）≥1.0 m/s2（定員工況AW2、平直道）；

3）平均加速度（0→80 km/h）≥0.6 m/s2（AW2、平直道）；

4）常用制動平均減速度（80 km/h→0）≥1.0 m /s2（空載工況AW0-超載工況AW3）；

5）列車基本阻力：（2.755 102+0.000 429 V2）N/kN（V 為列車運行速度）；

6）列車定員總載質量：301.44 t[2，3]。

2.3 牽引計算仿真結果

本文以上行方向列車運行為例進行分析，其站間距及列車區(qū)間運行時間如圖1 所示。

圖1 長沙5 號線一期上行方向牽引仿真結果

3 牽引計算曲線與信號控制列車運行曲線差異分析

3.1 加速度及減速度對比

分別計算設計牽引曲線與信號控制列車運行曲線（CBTC 曲線）列車在靜止加速到40 km/h 和加速到區(qū)間最高運行速度的平均加速度，以及列車在區(qū)間最高速度減速到0 的平均減速度，結果見表1。

表1 長沙5 號線一期工程設計牽引曲線與CBTC 曲線加、減速度對比表

3.2 區(qū)間運行時間對比

以上行方向為例，對列車設計牽引曲線以及CBTC 曲線各區(qū)間運行時間進行比較，發(fā)現CBTC 曲線各區(qū)間運行時間均大于設計牽引曲線，結果見表2。

表2 長沙5 號線一期工程設計牽引曲線與CBTC 區(qū)間運行時間對比表

4 信號控制列車運行曲線總結與優(yōu)化建議

4.1 信號控制列車運行曲線總結

1）設計牽引曲線上下行所有區(qū)間列車進站速度為39～42 km/h，均滿足進站限速60 km/h 的要求，且具有余量。但CBTC 曲線列車進站前額外增加制動，且制動時間早，進站速度過低，導致增加區(qū)間運行時間。

2）本線要求列車平均加速度需要大于0.6 km/s2，但CBTC曲線列車出站啟動過程中，在0 至最高運行速度對應的平均加速度都小于0.6 km/s2，普遍僅為設計要求的67%～71%，列車加速慢，增加區(qū)間運行時間。

3）在正常運行時，以維持相同運行速度為前提，即維持相對穩(wěn)定的運行速度。在列車以最高速度運行時，為維持列車高速運行，應采用巡航運行的方式。然而，CBTC 曲線列車幾乎不存在巡航過程，在加速至最高速度后，基本采用惰行降速。雖然該模式可視作節(jié)能模式，但在早晚高峰時段，需要采用高速度巡航趕點，且利用設計速度提升運輸能力利用率，若多采用惰行，難以滿足客流需求與系統(tǒng)能力需求。此外，區(qū)間運行速度變化較大，會對旅客乘坐的舒適性造成影響[4-6]。

4）CBTC 曲線其區(qū)間運行時間大于設計時間，全線增加189 s，增加幅度超過13%。設計階段，本線要求信號系統(tǒng)滿足旅行速度37 km/h，相對計算旅行速度，有62 s 富余；若按遠期旅行速度36 km/h，可有120 s 富余。目前，區(qū)間運行時間增加超過富余，是導致旅行速度不滿足設計要求的主要原因。